LED技术在汽车灯具中的运用探讨

李奥威 李敬振

摘要：为汽车行驶必不可少的安全部件，汽车灯具在汽车主动安全方面的作用至关重要。80年代后期伴随高亮度发光二级管技术的出现，LED在汽车外部照明的应用成为可能。LED可靠性强、使用寿命长、色纯度高、响应速度快、体积小便于设计等优点，使其在车外照明方面得到越来越普遍的应用。进入21世纪，LED车灯已经成为汽车潮流的新宠，被广泛应用于转向灯、制动灯等信号灯具上，并应用于前照灯。

关键词：LED技术；汽车灯具；应用

首先LED车灯是指采用LED（发光二极管）为光源的车灯。因为LED具有亮度高、颜色种类丰富、低功耗、寿命长的特点，所以LED被广泛应用于汽车领域。

关于LED的车灯种类很多，其中最常见为内部车灯和外部车灯。外部车灯包括前照灯、雾灯、牌照灯、倒车灯、制动灯、转向灯、示位灯、示廓灯、驻车灯和警示灯和日间行车灯。常见的内部灯具有顶灯、阅读灯、行李厢灯、门灯、踏步灯、仪表照明灯、工作灯、仪表板警指示灯等。

1.汽车灯具的要求及发展

1885年德国工程师卡尔.本茨在曼海姆制成了的一辆汽车，该车为三轮，采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机，具备现代汽车的基本特点。随之汽车灯具也开始研发，在最开始时期，汽车灯具主要是由白炽灯构成，由于白炽灯亮度弱费电等特点。随着灯具的要求和种类越来越繁多，例如前照灯、转向灯、倒车灯、高位刹车灯、近光灯、远光灯等，LED灯的出现开始引起汽车设计师的重视。我们都知道，汽车的安全行驶是很重要的关键，然而汽车灯具在其中起到了关键的作用，有关调查数据说明，发生车祸的几率较大的时间大部分是在晚上或是光线不强的时候。引起了国家有关部门对灯具的重视，所以要提高汽车的安全行驶首先就要提高汽车灯具的技术含量。作为汽车安全保障最重要的汽车灯具也相当重要，LED的研发与应用，更好的避免了汽车在夜间或是光线暗的情况下出现不必要的安全问题。

2.LED灯的优点

2.1 灯光色辨别度高

目前的路标采用辉光的发射方式，而LED灯发出的光线接近于日光的光谱，具体情况如图1所示。这种LED灯发出的光线比普通灯具发出的光线更容易被路标所反射，反射的有效性远高于其他的光源，这可以使驾驶人员在较远的地方就可以发现路标上的信息，并及时做出合理的决断，以减少发生车祸的几率，增加驾驶的安全性，这种LED灯的发光能力极强，可以使夜晚像白天一样，可以及时地捕捉到路标上的信息，使司机能够及时地发现和捕捉到路标上的交通信息。

2.2 节能无污染

近些年，随着对于LED灯的不断改进，其发光效率也越来越高，具有极大的发展前景和发展趋势，如图2所示。LED灯也叫发光二级管，这种LED灯的原理是当电子与空穴结合时，内部的电子以光子的形式将能量释放出来，发出强力的光速，所以LED灯是通过电子以光子的产生光线。LED灯的发光可以将电能转化为光能，在转化的过程中能源浪费比较少。LED灯发出的光源不含有铅、汞等污染性的元素，所以LED灯发出的光源属于绿色环保的光源，对周边的环境具有很好的保护性。这种LED灯具有节约能源和环境保护等两方面的特性。LED灯最大的特点是由于以光子的形式释放出的能量，释放出的光源并不能产生热能，也不像普通光源那样产生辐射能量，发出的是一种冷光源，不会产生意外的烫伤。

2.3 防止前照灯的炫目

LED灯与其他的普通的灯具不同，LED灯的灯光比较温和，LED灯的灯光接近于自然光，这种自然光与白天的日光比较接近，可以很好地满足驾驶员的视觉感受，这种光源并不是十分强烈，减少由于灯光的强度较强对于驾驶人员眼睛的刺激性，对驾驶员的眼睛造成眩晕影响驾驶人员查看室外情况。所以为了驾驶人员更好地适应需要对于LED灯的光谱进行调节，将光谱的最蓝部分进行调节，使驾驶人员不会感到眼睛的不舒服，出现炫目的情况。

2.4 响应时间短

LED灯由于灯具的本体是引用LED技术制成的这种LED灯的响应的时间比较短，LED灯的响应时间比普通的灯具要快200～300ms，具体的比较结果如图3所示，在LED灯反应时间最短的为转向信号灯和高位制动灯，所以这种LED灯可以应用于行驶过程中的应急反应。如果一辆汽车以110km/h在公路上行驶中，如遇到紧急情况使用转向信号灯进而高位制动灯可以得到极快的反应速度，为司机赢得7m左右的制动距离，这样可以给司机充分的反应时间，采取有效的措施，减少汽车出现的事故。

3.LED技术在汽车灯具上的应用

LED技术在汽车灯具上的应用

LED技术是一种场致发光光源，其是将电能直接转化成光能的半导体器件。LED发光原理是p-n结两端加上正电压，则p区中空穴流向n区；n区的电子会流向p区。且近些年来随着电子空穴对的复合放出能量，一部分能量转化成光，另一部分能量转化为热。此种新型固态冷光在20世纪60年代被研究出来，并在仪表、电信等信号指示获得初步的应用。成为LED早期研发产品的应用市场，但是因为光衰减、光强度等相关问题不能够在汽车灯具方面有更加广泛的应用。

80年代后期高亮度发光二极管技术出现，使LED技术在灯具方面的应用成为可能。其标志性的实现为在1988年280Z汽车被提出使用ALGaAs红色高亮度LED作为汽车高位制动灯，至此为LED技术进入汽车照明市场拉开帷幕。在90年代，LED技术不断研究和发展，在1991年有研究学者研发出以磷化铝镓铟制作的四元素高亮LED。该项发明为汽车光源LED技术化铺平了前进的道路。随着进入21世纪，经济飞速发展的同时LED技术也在不断前进，并且取代了真空荧光、白炽灯等传统光源，且LED灯组合后在汽车仪表背光灯、阅读灯、顶灯、操作快关、门锁灯等车内照明。除此之外LED可靠性强、体积小、响应速度快、色纯度高、使用壽命长等优点均得到突显。近两年LED车灯在倒车灯、位置灯、制动灯、信号灯、雾灯、牌照灯等方面广泛使用，逐渐形成LED汽车灯具产业化。

近些年来随着LED技术发展，高亮度输出LED模块也成功面试，例如OSTAR白色LED模块、白色Luxeon LED模块，让LED技术在前照灯上应用的可行性大大提高，且引领了新一代前灯技术潮流。但是因为成本的限制，LED前照灯一般只在豪华高级车辆上安装使用。

4.LED汽车灯具的瓶颈

4.1 散热性差

每个事物都有两面性，然而LED的散热功能就是技术难题之一，如果散热解决不好就会出现光衰。单个LED晶粒因为遇到高温，其发光效率就会降低甚至损坏。由于LED的传热主要通过较小的芯片进行传导，所以集中主要的热量在小芯片上，所以LED晶粒容易损坏。

4.2 价格高

LED的成本较高阻止在我国市场的普及，又由于芯片的制作研发难度大、要求苛刻，还有对温度和湿度的要求，导致成本较高，售价相对较高。例如某中高档轿车，白炽灯组合后灯120元/套，而LED组合后灯则需要210元/套，几乎高出一半的价格。

结语

LED自从被发明，便凭借自身的可靠性强、色纯度高、体积小等优点得到汽车照明行业的青睐，为当代人们打开了一个全新的技术领域。即使其成本较高，但在近些年中推出的新车型中LED汽车灯具已经被广泛应用。在不久的将来，汽车灯具将会全部使用LED光源。

参考文献：

[1]凌铭，张建文，黄中荣，等.汽车灯具的发展趋势[J].照明工程学报，2013，24（4）.

[2]郑秋云.LED在汽车照明及信号灯具中的广泛应用[J].机电技术，2014，（3）.